Используя данные о системе TRAPPIST-1, исследователи создали модель, демонстрирующую, как атмосферы планет с массой, сопоставимой с земной, могут взаимодействовать с излучением звезд такого типа. Результаты оказались весьма неутешительными.
Для поддержания жидкой воды на поверхности планеты необходима достаточно плотная атмосфера. К счастью, астрономы способны выявлять и исследовать атмосферы, анализируя изменения в излучении звезды во время прохождения экзопланеты на ее фоне. Однако количество планет огромно, и для сбора соответствующих данных требуются длительные наблюдения. Системой TRAPPIST-1, включающей семь каменистых планет, является одна из целей для таких наблюдений; четыре из них по массе сопоставимы с Землей и располагаются в так называемой «обитаемой» зоне.
Авторы нового исследования, предварительные результаты которого выложен на arXiv, чтобы установить наличие атмосфер на этих планетах, исследователи смоделировали условия в системе. Для возможности расширения результатов на другие потенциально пригодные для жизни миры, они не стали жестко следовать параметрам конкретных планет системы TRAPPIST-1. В связи с этим ученые не использовали оценки плотности, а рассчитали радиусы смоделированных планет, опираясь на их массу (0,8, 1 и 1,2 массы Земли), используя плотность нашей планеты (5,5 грамма на кубический сантиметр).
В ходе исследования ученые стремились выяснить, как атмосферы экзопланет реагируют на излучение маломассивной звезды спектрального класса М, подобной центральному светилу системы TRAPPIST-1. Для этого была использована модель верхней атмосферы под названием Kompot Code, позволяющая описывать одномерное термохимическое строение «поверхности» атмосферы на границе с космическим пространством.
В эту модель изначально встроено свыше 500 химических реакций, включающих 63 элемента. Она учитывает влияние различных процессов нагрева и охлаждения, в том числе воздействия рентгеновского и инфракрасного излучения, а также охлаждающего эффекта, обусловленного углекислым газом в верхних слоях атмосферы.
Сравнив смоделированные данные с характеристиками TRAPPIST-1, исследователи установили, что большинство планет этой системы, вероятно, не смогли удержать свои атмосферы, вне зависимости от их состава. Под воздействием излучения звезды верхние слои атмосферы должны были нагреться до такой степени, что молекулы стали покидать гравитационное поле планет.
Учитывая возраст системы, оцениваемый примерно в 7,6 миллиарда лет, даже при наличии атмосферы, во сто крат превосходящей земную, она бы полностью исчезла. Авторы предполагают, что похожая судьба постигла бы все планеты, схожие с земными, вращающиеся вокруг звезд спектрального класса М.
Моделирование согласуется с результатами наблюдений. На ни одной из планет данной системы не было выявлено признаков водородной атмосферы. Телескоп «Джеймс Уэбб» показал отсутствие плотных атмосфер на планетах TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1c. Другое исследование указывает на то, что в атмосфере TRAPPIST-1c не доминируют ни СO2, ни O2.
Несмотря на заявление авторов новой работы о невозможности существования атмосферы ни на одной из планет TRAPPIST-1, данные об их плотности указывают на иное. Плотность всех этих планет меньше, чем у Земли и Венеры, при этом масса некоторых из них сопоставима с земной. Трудно предположить такую ситуацию без атмосферы, состоящей из легких газов. Предстоит дождаться результатов новых наблюдений за этими небесными телами.